[论文解读] UV and EUV Emissions at the Flare Foot-points Observed by AIA

Jiong Qiu, Zoe Sturrock+4 more|May 29, 2013

Solar and Space Plasma Dynamics被引用 8

一句话总结

本研究利用高分辨率AIA观测，表明太阳耀斑足点处的紫外和极紫外辐射表现出两阶段演化：第一阶段为由日冕加热引起的热传导驱动的快速脉冲上升，第二阶段为蒸发等离子体冷却导致的缓慢衰减。关键发现是，足点辐射可被分解为两个物理上截然不同的组分——瞬时加热与稳态冷却，为耀斑能量传输模型提供了新的观测约束。

ABSTRACT

A solar flare is composed of impulsive energy release events by magnetic reconnection, which forms and heats flare loops. Recent studies have revealed a two-phase evolution pattern of UV 1600Å emission at the feet of these loops: a rapid pulse lasting for a few seconds to a few minutes, followed by a gradual decay on timescales of a few tens of minutes. Multiple band EUV observations by AIA further reveal very similar signatures. These two phases represent different but related signatures of an impulsive energy release in the corona. The rapid pulse is an immediate response of the lower atmosphere to an intense thermal conduction flux resulting from the sudden heating of the corona to high temperatures (we rule out energetic particles due to a lack of significant hard X-ray emission). The gradual phase is associated with the cooling of hot plasma that has been evaporated into the corona. The observed footpoint emission is again powered by thermal conduction (and enthalpy), but now during a period when approximate steady state conditions are established in the loop. UV and EUV light curves of individual pixels may therefore be separated into contributions from two distinct physical mechanisms to shed light on the nature of energy transport in a flare. We demonstrate this technique using coordinated, spatially resolved observations of UV and EUV emission from the footpoints of a C3.2 thermal flare.

研究动机与目标

• 理解耀斑足点处紫外和极紫外辐射两阶段演化（快速脉冲与缓慢衰减）的物理起源。
• 基于未检测到显著硬X射线辐射的事实，判断快速脉冲是否由热传导或非热粒子驱动。
• 检验缓慢衰减阶段是否可建模为由日冕压强控制的稳态冷却过程。
• 利用空间分辨光曲线，分离瞬时加热与持续冷却对足点辐射的贡献。
• 评估在耀斑演化过程中，对过渡区和日冕辐射使用稳态近似方法的有效性。

提出的方法

• 分析AIA（1600 Å、1700 Å及多个极紫外波段）在耀斑足点处单个1″×1″像素上的空间分辨紫外和极紫外光曲线。
• 通过紫外1600 Å光曲线的快速上升阶段，经验性地推断回路加热速率，以建模瞬时能量输入。
• 应用零维回路加热模型并假设稳态条件，计算等离子体特性及过渡区差分发射度（DEM）。
• 利用日冕等离子体模型计算耀斑回路的合成极紫外辐射，并与观测到的AIA光曲线进行比较。
• 利用不同极紫外波段的流量比，检验缓慢衰减阶段是否与稳态条件一致。
• 将计算得到的足点辐射（紫外和极紫外）与观测到的AIA通量进行比较，以验证模型假设并评估偏差。

实验结果

研究问题

• RQ1 什么物理机制驱动耀斑足点处紫外和极紫外辐射的快速瞬时上升？
• RQ2 足点辐射的缓慢衰减阶段是否与日冕等离子体的稳态冷却一致？
• RQ3 足点辐射的两阶段演化能否在物理解释上被明确分离为瞬时加热与持续冷却的独立贡献？
• RQ4 稳态模型在多大程度上能准确再现耀斑演化过程中的观测紫外和极紫外光曲线？
• RQ5 为何包含更高温度等离子体组分的模型会将计算得到的极紫外通量高估一到两个数量级？

主要发现

• 耀斑足点处紫外和极紫外辐射的快速脉冲最合理的解释是，对向下热传导通量的即时响应，而非高能粒子作用，因为未检测到显著的硬X射线辐射。
• 足点辐射的缓慢衰减阶段与日冕压强演化 timescale 相关，支持将足点辐射用作‘日冕压强计’。
• 使用稳态近似计算的足点辐射在七个极紫外波段中与观测到的AIA通量一致，偏差在3–5倍以内，验证了该模型对较低温等离子体（最高约~10^5 K）的有效性。
• 当引入更高温度等离子体组分时，计算得到的极紫外通量比观测值高出一到两个数量级，表明在更高温度下静态或稳态假设失效。
• 稳态模型无法再现初始的瞬时脉冲，表明在瞬时加热阶段，基于CHIANTI的谱线计算中的平衡假设不足。
• 缺乏强硬X射线辐射排除了非热粒子注入作为初始紫外脉冲的主要驱动力，支持热传导是主导能量传输机制。